מטוטלת ואנרגיה
שימור האנרגיה · שבועות 19–20בקרה
מסת המשקולת
שאלה 1 מתוך 4
בלי חיכוך: שחררו את המשקולת. האם היא עולה אי פעם מעל קו גובה השחרור? מה קורה לעמודת הסה"כ?
כמה אנרגיה? בג'אול
גובה עכשיו0
זמן הלוך-חזור—
האנרגיה לאורך הזמן
למורה
מה מחושב
Eגובה = m·g·h
Eתנועה = ½·m·v²
g ≈ 9.8 מטר לשנייה בריבוע. הגובה h נמדד מהנקודה הנמוכה ביותר של המשקולת.
החיכוך כאן הוא התנגדות של האוויר. בכל רגע הוא לוקח קצת מאנרגיית התנועה, וההדמיה מוסיפה בדיוק את הכמות הזאת לעמודת החום. הסה"כ לא נכפה: הוא יוצא קבוע מהחישוב עצמו.
זמן ההלוך-חזור תלוי באורך החוט ולא במסה. בתנודות קטנות הוא בערך 2π·√(L/g); בתנודות גדולות הוא מעט ארוך יותר.
תשובות קצרות
- לא. בלי חיכוך המשקולת חוזרת בדיוק לקו, ולא מעליו. הסה"כ קבוע.
- תנועה: בנקודה הנמוכה ביותר. גובה: בשתי נקודות הקצה, שם המשקולת עוצרת לרגע.
- האנרגיה לא נעלמה, היא הפכה לחום באוויר ובחוט. החום מתפזר לכל הכיוונים, ולכן אי אפשר לאסוף אותו בחזרה כדי להרים את המשקולת. לכן מכונת תנועה נצחית לא אפשרית.
- המסה לא משנה את זמן ההלוך-חזור (היא משנה רק את כמות האנרגיה). חוט ארוך יותר: תנודה איטית יותר.